http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=23d547f4-1dd0-48f0-8b7c-14a7155f1625&print=1© 2024 Российская академия наук
Директор Института катализа имени Г.К.Борескова СО РАН, академик Валентин Пармон
Заместитель директора института Валерий Бухтияров
Огромный интерес, который в настоящий момент проявляется в мире к развитию области наноматериалов и нанотехнологий, обусловлен тем, что при переходе от массивных твердых тел к частицам с размером менее 100 нм последние начинают проявлять новые или существенно измененные свойства. Это обстоятельство может быть использовано для улучшения уже существующих или создания принципиально новых продуктов и технологий в различных секторах экономики.
Более того, при переходе в наноразмерное состояние меняются не только физические, но и химические свойства. В первую очередь — реакционная способность вещества. Поэтому использование наноэф-фектов в химической практике может открыть возможности для внедрения технологий молекулярного дизайна при приготовлении катализаторов нового поколения на основе наноразмерных, наноструктурированых и нанокомпозитных материалов; синтеза молекулярно-ситовых мембран с улучшенными свойствами для процессов очистки воздуха, воды, лекарственных препаратбв, ферментов, разделения газов, водно-масляных эмульсий и др.; кардинального улучшения характеристик (активность, кпд, срок службы) топливных элементов, аккумуляторов электричества, систем хранения водорода и других нетрадиционных источников энергии; практического использования новых композитных материалов, нанопорошков, мембран, тонкопленочных покрытий, нанотрубок из углерода и неорганических материалов, полученных с помощью нанотехнологий.
Практическая важность каталитического направления нашла свое отражение в его выделении в качестве одной из критических технологий Российской Федерации.
Как известно, почти 90% используемых в промышленности процессов переработки нефтяного, химического и нефтехимического сырья, производства химических продуктов и материалов являются каталитическими. Каталитические взаимодействия лежат в основе большинства технологий защиты окружающей среды и альтернативных источников энергии. С применением катализаторов в России производится не менее 20% ВВП, в промышленно развитых странах — до 30% и более. В настоящий момент реальный рынок катализаторов в России оценивается в 600—800 млн долларов. Примерно половина продукта на нем — катализаторы отечественного производства. Существенно и то, что практически все промышленные катализаторы относятся к области «хайтековской» химической продукции, являясь наноразмерными или наноструктурированными функциональными материалами. Это подтверждают разработки Института катализа им. Г.К.Борескова СО РАН, в том числе — и выполненные в последние годы.
Катализаторы полного окисления СО и углеводородов. Разработка уникальных, не имеющих аналогов в мире приемов регулирования размера монодисперсных наночастиц благородных металлов (платины и палладия) от 1 до 20 нм, выполненная в рамках Государственного контракта ФЦНП, позволила выявить ярко выраженный максимум активности катализаторов в реакции полного окисления метана при размерах частиц активного компонента порядка 1 нанометра.
Полученные результаты имеют практическое значение для обеспечения различных процессов, где применяются катализаторы, содержащие в качестве активного компонента драгметаллы: Благодаря увеличению активности на несколько порядков содержание последних можно свести к минимуму. Учитывая, что основная доля стоимости таких катализаторов, применяемых, например, для очистки выхлопных газов автомобилей, формируется за счет именно благородного металла, то снижение его содержания даже в 4—5 раз обещает значительно снизит цену. При этом экономия может составить до 500—800 млн руб. в год.
Именно использование наноструктурированных функциональных материалов в качестве катализаторов нового поколения позволило Институту катализа в 2003—2006 гг. успешно выполнить проект государственного значения «Разработка и промышленное освоение катализаторов и каталитических технологий нового поколения для производства моторных топлив».
В числе его результатов — катализаторы крекинга. Совместно с Институтом проблем переработки углеводородов СО РАН (г. Омск) разработана и внедрена в промышленное производство на ОАО «Сибнефть-Омский НПЗ» серия наноструктурированных цеолитных катализаторов крекинга марки «Люкс», которые соответствуют уровню лучших зарубежных катализаторов. С 2004 г. катализатор эксплуатируется на двух промышленных установках крекинга в ОАО «Сибнефть-ОНПЗ». По сравнению с ранее используемым катализатором, выход бензина увеличился на 2,5—3%.
Сейчас уже разработана новая версия катализатора крекинга, обеспечивающая выход бензина крекинга не ниже 59—60% масс, что абсолютно превосходит известный мировой уровень. Использование этого катализатора позволит дополнительно производить на российских НПЗ до 1 млн тонн бензина в год из того же количества сырой нефти. Либо экономить до 3 млн тонн нефти при сохранении объемов производства бензина.
Разработаны также теоретические и технологические подходы к созданию катализаторов глубокой гидроочистки. На их основе получен отечественный катализатор для процесса глубокой гидроочистки дизельных фракций (ИК-ГО-1), который обеспечивает снижение содержания серы в продукте очистки ниже 50 ррт, что отвечает требованиям стандарта Евро-4.
Катализатор не уступает по активности современным аналогам инофирм, адаптирован к отечественной сырьевой базе и может использоваться в отечественных установках гидроочистки Л-24-5(6,7). В настоящее время завершается наработка первой опытно-промышленной партии катализатора (28 т) для установки Л-24/6 ОАО «Саратовский НПЗ».
По нашему мнению, необходимо обеспечить непрерывную наработку (генерацию) фундаментальных знаний о новых свойствах, которые проявляются для объектов с нанометровыми размерами. Речь идет не только о свойствах химических или физических, но и, может быть, даже биологических. А также о создании новых наноразмерных, наноструктурированных и нанокомпозитных материалов для каталитических приложений, изучении их свойств, разработке новых способов синтеза.
Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН, как один из самых крупных научно-исследовательских центров в области катализа не только в России, но и в мире, представляется в настоящий момент наиболее подготовленной организацией для выпблнения таких задач.